鲍哲南院士“电子皮肤”再发顶刊：这篇Science，你一定要阅读原文！

第一作者：Weichen Wang

通讯作者：鲍哲南

通讯单位：斯坦福大学

背景介绍

皮肤作为人体与周围世界之间的主要界面和保护层起着至关重要的作用。感官能力和皮肤机械柔软度的结合不仅使我们能够毫不费力地感知和对各种外部刺激的反应，而且还使我们能够在动态和非结构化环境中执行复杂的任务。

不幸的是，患有皮肤损伤或截肢的患者可能严重扰乱了感知-行动回路，导致他们即使在物体抓取等简单任务中也难以实现。虽然假肢可以部分恢复运动功能，但其局限性（如幻肢疼痛、不受控制的运动和灵活性差）需要通过结合感觉反馈和组织顺应性来解决。

为了实现自然的人机界面，结合多模态感觉，神经形态信号处理，闭环感知和驱动，以及具有类似皮肤特性的电子系统正在如火如荼的研究。

本文要点

该工作通过对材料特性、器件结构和系统架构的合理设计和工程，制备了一种包含有机半导体晶体管且没有刚性组件的假肢电子皮肤，从而模仿了真实皮肤的机械性能。同时，它可以感知温度和压力等外部刺激，并将这些刺激编码为电脉冲，以实现佩戴者的真实感知。

图文解析

要点：

1.     图1对发展柔性电子皮肤的难点和要点进行了总结和展示。具体而言，在材料层面，需要具有类似组织的机械性能和在生理环境中的优异稳定性；在器件层面，需要使用具有出色电子特性的低工作电压进行安全高效的工作模式；在系统层面，需要具有足够晶体管数量、逻辑深度和功能复杂性的信号调理电路；在应用层面，柔软的电子皮肤需要感官信息的仿生编码和设备生物界面的神经形态驱动，以实现自然感觉和低功耗。

要点：

1.     为应对上述提出的挑战，该工作开发了一种三层电介质，利用超薄的非极性聚（苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯）（SEBS）弹性体涂层（~15 nm）钝化高κ丁腈橡胶，然后进行疏水性十八烷基三甲氧基硅烷（OTS）分子修饰。这种具有合适表面能的介电堆栈在可拉伸半导体层中诱导出理想的纳米受限形貌，从而实现高电荷载流子迁移率。

要点：

1.     图3对该电子皮肤的电路进行了设计。该系统带有收集外部刺激的传感器、用于传感器信号频率调制的环形振荡器（RO）和用于生成类似脉冲序列信号的动作电位的边缘检测器（ED）。

要点：

1.     图4设计了该皮肤响应对神经突触的刺激，以真实反馈外部刺激。

要点：

1.     最后，该工作在小鼠身上进行了测试，验证了该设计的有效性。

每日一句

Artificial skin that simultaneously mimics sensory feedback and mechanical properties of natural skin holds substantial promise for next-generation robotic and medical devices.

这种文章，看解读只能观其十之一二，原文读个好几遍，也不敢说勉强看懂。读完原文，我真的大受震撼，文章真的太绝了。这已经不是一个领域的几个人能完成的work了。它真的需要多学科的深度交流，才能碰撞出这样的火花。我也查了一下这篇文章的作者们，它们不仅包含了材料科学，化学工程，更有电子电路，医学，分子图谱工程等背景的研究者。

这也就不得不夸一夸鲍哲南院士，她作为这个project的领导者，不仅需要对整个work的设计、进度、人员有着明确清晰且恰当的安排，更需要在统合时，理解各个板块的内容，最终呈现出这样一篇精彩绝伦的工作。

此外，这篇文章也让我想起以前看过的一则新闻（不知真假），说像斯坦福，MIT等顶尖高校，它们各个学科的研究团队都混合在一栋楼甚至一层楼，有助于打破学科壁垒，让一线的研究工作者出个门就能找到其他学科的同事，一起交流，一起碰撞，实现有效的交叉复合。

最后，强烈建议阅读原文！

原文链接：

https://doi.org/10.1126/science.ade0086